Постановка цели и задач для усовершенствования оборудования ТВЧ | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 10 октября, печатный экземпляр отправим 14 октября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Кириенко, Д. Т. Постановка цели и задач для усовершенствования оборудования ТВЧ / Д. Т. Кириенко, Н. Г. Филиппенко, Н. С. Дроздов, А. А. Герасимов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 8 (194). — С. 17-19. — URL: https://moluch.ru/archive/194/48468/ (дата обращения: 28.09.2020).



История развития генераторов ТВЧ

Открытие электромагнитной индукции в 1831 году принадлежит Майклу Фарадею. При движении проводника в поле магнита в нём наводится ЭДС, так же как при движении магнита, силовые линии которого пересекают проводящий контур. Ток в контуре называется индуцированным.

В 1841 году Джеймс Джоуль (и независимо от него Эмиль Ленц) сформулировал количественную оценку теплового действия электрического тока называемого законом Джоуля — Ленца. Тепловое действие индуцированного тока породило поиски устройств бесконтактного нагрева металлов. Первые опыты по нагреву стали с использованием индукционного тока были сделаны Е. Колбе в США.

Первая успешно работающая канальная индукционная печь для плавки стали была построена в 1900 году на фирме «Benedicks Bultfabrik» в Швеции. В респектабельном журнале того времени «THE ENGINEER» 8 июля 1904 г. появилась знаменитая публикация, где шведский изобретатель инженер F. A. Kjellin рассказывает о своей разработке. Печь питалась от однофазного трансформатора.

Первая печь мощностью 78 кВт была запущена в эксплуатацию 18 марта 1900 года и оказалась весьма неэкономичной, поскольку производительность плавки составляла 270 кг стали в сутки. Следующая печь была изготовлена в ноябре того же года мощностью 58 кВт и ёмкостью 100 кг по стали. Печь показала высокую экономичность, производительность плавки составила от 600 до 700 кг стали в сутки. Однако износ футеровки от тепловых колебаний оказался на недопустимом уровне.

В мае 1902 года была введена в эксплуатацию значительно усовершенствованная печь ёмкостью 1800 кг, слив составлял 1000–1100 кг, остаток 700–800 кг, мощность 165 кВт, производительность плавки стали могла доходить до 4100 кг в сутки! Такой результат по потреблению энергии 970 кВт⋅ч/т впечатляет своей экономичностью, которая мало уступает современной производительности порядка 650 кВт⋅ч/т. По расчётам изобретателя из потребляемой мощности 165 кВт в потери уходило 87,5 кВт, полезная тепловая мощность составила 77,5 кВт, получен весьма высокий полный КПД, равный 47 %. Экономичность объясняется кольцевой конструкцией тигля, что позволило сделать многовитковый индуктор с малым током и высоким напряжением — 3000 В.

Своим изобретением инженер F. A. Kjellin положил начало развития промышленных канальных печей для плавки цветных металлов и стали в индустриальных странах Европы и в Америке. Переход от канальных печей 50–60 Гц к современным высокочастотным тигельным длился с 1900 по 1940 г [3].

По настоящее время используются генераторы высокой частоты с усовершенствованными схемами электрических цепей, а конкретно после 1940х годов был произведен переход от ламповых преобразователей к более современным полупроводниковым. Данный переход позволил повысить КПД установок, уменьшить габариты генераторов.

Применение генераторов ТВЧ

Необходимо отметить, что генераторы ТВЧ чаще всего применяются для следующих целей:

– Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.

– Получение опытных образцов сплавов.

– Гибка и термообработка деталей машин.

– Ювелирное дело.

– Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.

– Поверхностная закалка.

– Закалка и термообработка деталей сложной формы.

– Обеззараживание медицинского инструмента.

– Распыление геттера и прогрев (активация и тренировка) катода в процессе производства вакуумных электронных приборов.

Преимущества генераторов ТВЧ

Было определено, что основными преимуществами генераторов являются:

  • Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

– Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в жидкости, в вакууме.

– Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п., например, внутренности радиолампы можно прогревать для обезгаживания прямо через стеклянную колбу.

– За счёт возникающих МГД-усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигеле) [1].

– Поскольку, разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

– Нет загрязнения воздуха, так как отсутствуют продукты горения. Небольшие установки индукционного нагрева можно эксплуатировать в замкнутом и плохо проветриваемом помещении, не оборудованном специальными средствами вентиляции и вытяжками (гаражи, небольшие домашние мастерские, подвалы).

– Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

– Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному не прогреву.

– Легко провести местный и избирательный нагрев.

– Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более медленно за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина детали при этом остаётся вязкой).

– Лёгкая автоматизация оборудования и конвейерных производственных линий. Простота управления циклами нагрева и охлаждения. Простая регулировка и удерживание температуры, стабилизация мощности, подача и съём заготовок.

Недостатки генераторов ТВЧ

В рамках настоящего исследования было установлено, что у существующих генераторов ТВЧ имеется ряд недостатков:

– Повышенная сложность оборудования, необходим квалифицированный персонал для проектирования установок, их настройки и ремонта.

– При плохом согласовании индуктора с заготовкой требуется большая мощность на нагрев, чем в случае применения для той же задачи ТЭН, электрических дуг и электронагревательных спиралей.

– Требуется мощный источник электроэнергии для питания установки индукционного нагрева, а также насос и бак с охлаждающей жидкостью для охлаждения индуктора, которые в полевых условиях могут отсутствовать. В этом случае применение, например, газовых горелок с портативными газовыми баллонами более оправдано.

– Несмотря на небольшие размеры индуктора, агрегат индукционного нагрева в целом достаточно громоздок и маломобилен и больше подходит для стационарной установки в помещении, чем для выездных работ.

Результаты проведенных исследований

Анализ развития индукционных нагревателей позволил определить принципиальные схемы различных индукционных генераторов и обратить внимание на отсутствие мобильных и недорогих их конструктивов. Поэтому целью дальнейших исследований было разработка мобильного и бюджетного индукционного генератора.

Достижение данной цели возможно при решении следующих задач:

  1. Исследование принципа действия нагрева токами высокой частоты.
  2. Анализ существующих схем работы генераторов ТВЧ
  3. Разработка конструкции мобильного и бюджетного индукционного генератора.

Литература:

  1. Бабат Г. И., Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи. — М.: Госэнергоиздат, 1948. — 332 с.
  2. Изюмов Н. М., Линде Д. П. Основы радиотехники. — М.: Госэнергоиздат, 1959. — 512 с.
  3. Установки индукционного нагрева/ Под ред. А. Е. Слухоцкого. — Л.: Машиностроение, 1981. — 330 с.
  4. Савельев И. В. Курс общей физики, том 2. Электричество. 1970
  5. Иванова Л. И., Гробова Л. С., Сокунов Б. А., Сарапулов С. Ф. Индукционные тигельные печи: Учебное пособие... — 2-е изд. — Екатеренбург: УГТУ — УПИ, 2002. — 87 с.
Основные термины (генерируются автоматически): индукционный нагрев, кВт, электропроводящий материал, электромагнитное излучение, тепловое действие, производительность плавки, плавка, печь, небольшой размер индуктора, кг стали, ENGINEER, защитный газ, дуговой нагрев, генератор, высокая частота, бюджетный индукционный генератор, THE.


Похожие статьи

Исследования оборудования и технологии пайки трубопроводов...

Индукционный нагрев основан на использовании трех известных физических явлений: электромагнитной индукции, открытой

Рис. 1. Схема индукционной системы нагрева. Рис. 2. Индуктор в виде плоской спирали: 1- спиральный индуктор, 2- нагреваемое тело.

Математическое моделирование тепловых полей при...

теплопроводности материала индукционно-резистивного нагревателя, материала нефтепровода и нефти соответственно, Вт/(м·К); — оператор

Время нагрева τ=1800 с. Рис. 2. Увеличенное изображение распределения температур и тепловых потоков вблизи стенки трубы.

Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок

Вообще говоря, индукционные машины просты, надежны, недороги и хорошо развиты. Они имеют высокую степень демпфирования и способны поглощать колебания скорости вращения ротора.

Для анализа производительности асинхронного генератора с двойным питанием...

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Индукционные нагревательные установки периодического действия являются сложными техническими объектами, в которых протекают физические процессы электромагнитной и тепловой природы.

Частота питающего тока, Гц. 2300. Число витков.

Применение высокотемпературной сверхпроводимости...

Омические потери в подобных индукторах также велики, значительная часть потребляемой мощности попусту тратится на нагрев самих обмоток.

Основные термины (генерируются автоматически): SINTEF, индукционный нагреватель, LIMODRAW, электромагнитное...

Исследование резонансного режима плоских индукционных...

где gм, gд — удельный вес металла пакета индуктора и диэлектрика соответственно, кг/м3; Dэ — глубина проникновения электромагнитной волны в материал проводника обмотки индуктора, м. Существенным является то, что для плоских индукционных систем с емкостной...

Современные энергосберегающие установки для обработки...

Вследствие этого большие поля рассеяния оказывают влияние на электромагнитные параметры системы. Здесь же необходимо отметить отличие рассматриваемой схемы от систем нагрева индукционных канальных печей.

Электромагнитное излучение, его воздействие на человека

Тепловое (инфракрасное) излучение источают тела в установленном температурном диапазоне.

Инфракрасный обогреватель безупречен всюду, где необходимо обрести точечный нагрев поверхности.

интенсивность электромагнитного поля; частота излучения

Способ получения электроэнергии | Статья в журнале...

Энергоэффективность данного генератора, преобразовавшего механическую энергию в электрический ток, невелика.

Объём магнитного металла индукционных катушек статора в поле действия магнита, согласно

w — круговая частота вращения генератора, рад/с.

Похожие статьи

Исследования оборудования и технологии пайки трубопроводов...

Индукционный нагрев основан на использовании трех известных физических явлений: электромагнитной индукции, открытой

Рис. 1. Схема индукционной системы нагрева. Рис. 2. Индуктор в виде плоской спирали: 1- спиральный индуктор, 2- нагреваемое тело.

Математическое моделирование тепловых полей при...

теплопроводности материала индукционно-резистивного нагревателя, материала нефтепровода и нефти соответственно, Вт/(м·К); — оператор

Время нагрева τ=1800 с. Рис. 2. Увеличенное изображение распределения температур и тепловых потоков вблизи стенки трубы.

Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок

Вообще говоря, индукционные машины просты, надежны, недороги и хорошо развиты. Они имеют высокую степень демпфирования и способны поглощать колебания скорости вращения ротора.

Для анализа производительности асинхронного генератора с двойным питанием...

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Индукционные нагревательные установки периодического действия являются сложными техническими объектами, в которых протекают физические процессы электромагнитной и тепловой природы.

Частота питающего тока, Гц. 2300. Число витков.

Применение высокотемпературной сверхпроводимости...

Омические потери в подобных индукторах также велики, значительная часть потребляемой мощности попусту тратится на нагрев самих обмоток.

Основные термины (генерируются автоматически): SINTEF, индукционный нагреватель, LIMODRAW, электромагнитное...

Исследование резонансного режима плоских индукционных...

где gм, gд — удельный вес металла пакета индуктора и диэлектрика соответственно, кг/м3; Dэ — глубина проникновения электромагнитной волны в материал проводника обмотки индуктора, м. Существенным является то, что для плоских индукционных систем с емкостной...

Современные энергосберегающие установки для обработки...

Вследствие этого большие поля рассеяния оказывают влияние на электромагнитные параметры системы. Здесь же необходимо отметить отличие рассматриваемой схемы от систем нагрева индукционных канальных печей.

Электромагнитное излучение, его воздействие на человека

Тепловое (инфракрасное) излучение источают тела в установленном температурном диапазоне.

Инфракрасный обогреватель безупречен всюду, где необходимо обрести точечный нагрев поверхности.

интенсивность электромагнитного поля; частота излучения

Способ получения электроэнергии | Статья в журнале...

Энергоэффективность данного генератора, преобразовавшего механическую энергию в электрический ток, невелика.

Объём магнитного металла индукционных катушек статора в поле действия магнита, согласно

w — круговая частота вращения генератора, рад/с.

Задать вопрос